立体光固化造型机机械系统设计

I目录1绪论................................................................................................................11.1快速原型技术简介.................................................................................11.2快速成型精度概述.................................................................................31.3立体光固造型SLA技术原理.................................................................51.4立体光固造型SLA国内外现有技术水平............................................61.5立体光固造型SLA应用领域.................................................................61.6本次设计的主要工作............................................................................62XY方向设计计算...........................................................................................92.1设计任务.................................................................................................92.2脉冲当量和传动比的确定..................................................................102.3丝杠的选型及计算................................................错误!未定义书签。2.4导轨的选型及计算................................................错误!未定义书签。2.5步进电机的选择....................................................错误!未定义书签。3Z方向设计计算.............................................................错误!未定义书签。3.1Z方向工作台设计.................................................错误!未定义书签。3.2脉冲当量和传动比的确定....................................错误!未定义书签。3.3丝杠的选型及计算................................................错误!未定义书签。3.4步进电机的选择....................................................错误!未定义书签。4刮刀系统设计..............................................................................................304.1刮板的选择..........................................................................................304.2刮板的材料和移动速度对涂层质量的影响......................................315设计的改革..................................................................................................325.1XY扫描系统及Z方向工作台.............................................................325.2刮刀机构..............................................................................................325.3温控系统..............................................................................................32总结..................................................................................................................33致谢............................................................................错误!未定义书签。II参考文献..........................................................................................................34附录..........................................................................................................35本科毕业设计说明书11绪论1.1快速原型技术简介快速原型制造技术(RapidPrototypeManufacturing),简称RPM,是先进制造技术的重要分支.它是80年代后期起源于美国,后很快发展到欧洲和日本,可以说是近20年来制造技术最重大进展之一.它建立在CAD/CAM技术、计算机控制技术、数控技术、检测技术和材料科学的基础之上,将计算机辅助设计CAD与各种自由造型(FreeFormManufacturing)技术直接结合起来,能以最快的速度将设计思想物化为具有一定结构功能的产品原型或直接制造零件,从而使产品设计开发可能进行快速评价、测试、改进,以完成设计制造过程,适应市场需求.1.1.1RPM的基本构思任何三维零件都可看成是许多二维平面沿某一坐标方向迭加而成,因此可利用分层切片软件,将计算机产生的CAD三维实体模型处理成一系列薄截面层,并根据各截面层形成的二维数据,用粘贴、熔结、聚合作用或化学反应等手段,逐层有选择地固化液体(或粘结固体)材料,从而快速堆积制作出所要求形状的零部件(或模型).传统的制造方法是基于材料去除(materialremove)概念,先利用CAD技术作出零件的三维图形,然后对其进行数值分析(有限元分析、模态分析、热分析等),再经动态仿真之后,通过CAM的一个后处理(PostProcess)模块仿真加工过程,所有的要求均满足之后,形成NC文件在数控机床上加工成形.快速原型制造技术RPM突破了传统加工中的金属成型(如锻、冲、拉伸、铸、注塑加工)和切削成形的工艺方法,是一种“使材料生长而不是去掉材料的制造过程”,其制造过程的主要特点是:1、新的加工概念.RPM是采用材料累加的概念,即所谓“让材料生长而非去除”,因此,加工过程无需刀具、模具和工装夹具,且材料利用率极高;2、突破了零件几何形状复杂程度的限制,成形迅速,制造出的零件或模型是具有一定功能的三维实体;3、越过了CAPP(ComputerAidedProcessPlanning)过程,实现了CAD/CAM的无缝连接;4、RPM系统是办公室运作环境,真正变成图形工作站的外设。由于RPM可以快速、自动、精确地将CAD模型转化成为具有一定功能的产品原型或直接制造零件,因此它对于缩短产品的研发周期、控制风险、提高企业参与市场竞争的能力,都具有重要的现实意义.1.1.2几种典型的快速原型技术1、立体光固造型SLASteroLightgraphyApparatus又称激光立体造型、激光立体光刻或立体第1章绪论2印刷装置.2、叠层实体制造LOM叠层实体制造LaminatedObjectManufacturing的成形材料是热敏感类箔材(如纸等),激光器的作用变是切割.成形开始时,激光器先按最底层的CAD三维实体模型的切片平面几何信息数据,对于铺在工作台上的箔材作轮廓切割,之后,工作台下降一层高度,重新送入一层(铺在底层之上)材料,并用加热辊滚压,与底层粘牢,激光器按对应数据作轮廓切割,如此反复直至整个三维零件制作完成.LOM制作的零件不收缩、不变形,精度可达±0.1mm,切片厚度0.05～0.50mm。3、选择性激光烧结SLS选择性激光烧结SelectedLaserSintering的生产过程与SLA类似,用CO2红外激光对金属粉末或塑料粉末一层层地扫描加热使其达到烧结温度,最后烧结出由金属或塑料制成的立体结构.4、融积成型技术FDM融积成型技术(FusedDepositionModeling)的制造过程是,首先通过系统随机的Quickslice和SupportWorks软件将CAD模型分为一层层极薄的截面,生成控制FDM喷嘴移动轨迹的几何信息.运作时,FDM加热头把热塑材料(如聚脂塑料、ABS塑料、蜡等)加工到临界状态,在微型机控制下,喷嘴沿着CAD确定的平面几何信息数据运动并同时挤出半流动的材料,沉积固化成精确的实际零件薄层,通过垂直升降系统降下新形成层并同样固化之,且与已固化层牢固地连接在一起.如此反复,由下而上形成一个三维实体.FDM的制作精度目前可达±0.127mm,连续堆积范围0.0254～0.508mm,它允许材料以不同的颜色出现.5、其它快速原型制造技术直接制模铸造DSPC(DirectShellProductionCasting)来源于三维印刷(3DPrinting)快速成型技术.其加工过程是先把CAD设计好的零件模型装入模壳设计装置,利用微型机绘制浇注模壳,产生一个达到规定厚度,需要配有模芯的模壳组件的电子模型,然后将其输至模壳制造装置,由电子模型制成固体的三维陶瓷模壳.取走模壳处疏松的陶瓷粉,露出完成的模壳,采用熔模铸造的一般方法对模壳最后加工,完成整个加工过程.此系统能检测自己的印刷缺陷,不需要图纸,就可完成全部加工.光屏蔽(即SGC—Solid-GroundCuring)由以色列Cubital公司开发,该工艺可以在同一时间固化整个一层的液体光聚合物.SGC工艺使用丙烯酸盐类光聚合物材料,其制作精度可达整体尺寸的0.1%,切片厚度约为0.1～0.15mm,Cubital公司开发的Solider5600型产品制作的最大工作尺寸为508×508×356mm,所用紫外光灯功率为2kW,每一层循环约化90s.MRM(MitsubishiChemicalRapidMoulding)日本三菱化学最近推出本科毕业设计说明书3的三菱化学快速制模系统,可将原型直接转换成模具,采用称作“金属补强树脂制模(MetalResinMoulding)复合料”,制模成本降低为传统制模的1/2,制模时间缩短了1/2～1/3.奥斯丁的德克萨斯大学正在研究的高温选择激光烧结(HTSLS),在取消聚合物粘结剂方面进行了尝试.结果表明,可利用Cu-Sn或青铜—镍粉两相粉末,采用激光局部熔化低熔点粉末来制造模具.1.1.3各种成型方法简介及对比几种典型成型工艺的比